A 180 My-old female-specific genome region in sturgeon reveals the oldest known vertebrate sex determining system with undifferentiated sex chromosomes
2020
Kuhl, Heiner | Guiguen, Yann | Höhne, Christin | Kreuz, Eva | Kang, Du | Klopp, Christophe | Lopez-Roques, Celine | Yebra-Pimentel, Elena Santidrian | Ciorpac, Mitica | Gessner, Jörn | Holostenco, Daniela | Kleiner, Wibke | Kohlmann, Klaus | Lamatsch, Dunja, K | Prokopov, Dmitry | Bestin, Anastasia | Bonpunt, Emmanuel | Debeuf, Bastien | Haffray, Pierrick | Morvezen, Romain | Patrice, Pierre | Suciu, Radu | Dirks, Ron | Wuertz, Sven | Kloas, Werner | Schartl, Manfred | Stöck, Matthias | Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) | Laboratoire de Physiologie et Génomique des Poissons = Fish Physiology and Genomics Institute (LPGP) ; Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes (Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Julius-Maximilians-Universität Würzburg = University of Würzburg [Würsburg, Germany] (JMU) | The Xiphophorus Genetic Stock Center, Department of Chemistry and Biochemistry ; Texas State University | Plateforme Bio-Informatique - Génotoul ; Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRAE) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-IR BioInfOmics ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique (GeT-PlaGe) ; Plateforme Génome & Transcriptome (GET) ; Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; 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Stöck,S.W., J.G. and M. Schartl; by the French National Research Agency (grant nos. ANR-16-COFA-0002) to YG, CK and CR,and by the Romanian Executive Agency for Higher Education, Research Development and Innovation Funding(UEFISCDI, contract 3/2017) to RS, MC and DH. This research was also in part supported by the Russian ScienceFoundation (RSF) to DP (grant number 18-44-04-007), by the Deutsche Forschungsgemeinschaft to MSch (DFG SCHA408/14-1), and by a European Maritime and Fisheries Fund to YG (EMFF/FEAMP project SIBERSEX). Research onA.gueldenstaedtii was supported by a European Maritime and Fisheries Fund to YG (EMFF/FEAMP project S’STURGEON). | ANR-16-COFA-0002,STURGEoNOMICS,Genome-based approaches for improvement of aquaculture in two marine sturgeon species: Atlantic sturgeon (Acipenser oxyrinchus) and Beluga (Huso huso)(2016)
Several hypotheses explain the prevalence of undifferentiated sex chromosomes in poikilothermic vertebrates. Turnovers change the master sex determination gene, the sex chromosome or the sex determination system (e.g. XY to WZ). Jumping master genes stay main triggers but translocate to other chromosomes. Occasional recombination (e.g. in sex-reversed females) prevents sex chromosome degeneration. Recent research has uncovered conserved heteromorphic or even homomorphic sex chromosomes in several clades of non-avian and non-mammalian vertebrates. Sex determination in sturgeons (Acipenseridae) has been a long-standing basic biological question, linked to economical demands by the caviar-producing aquaculture. Here, we report the discovery of a sex-specific sequence from sterlet (Acipenser ruthenus). Using chromosome-scale assemblies and pool-sequencing, we first identified a ~16 kb female-specific region. We developed a PCR-genotyping test, yielding female-specific products in six species, spanning the entire phylogeny with the most divergent extant lineages (A. sturio, A. oxyrinchus vs. A. ruthenus, Huso huso), stemming from an ancient tetraploidization. Similar results were obtained in two octoploid species (A. gueldenstaedtii, A. baerii). Conservation of a female-specific sequence for a long period, representing 180 My of sturgeon evolution, and across at least one polyploidization event, raises many interesting biological questions. We discuss a conserved undifferentiated sex chromosome system with a ZZ/ZW-mode of sex determination and potential alternatives.
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Bibliographic information
This bibliographic record has been provided by Institut national de la recherche agronomique